-
Vorrichtung zum Vernebeln von Flüssigkeiten in Luft oder Gasen, insbesondere
für Zerstäuberbrenner Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vernebeln
von Flüssigkeiten in Luft oder Gasen, insbesondere zur Bildung eines Brennstoffnebels
aus flüssigem Brennstoff und Luft an einem Brennerkopf, bei der die Mischungskomponenten
aus Flüssigkeit und Luft oder Gas zunächst unter mehrfacher Kavitationswirkung an
wirbelerzeugenden Leitflächen unter Zerstäubung der Flüssigkeit innig gemischt und
anschließend durch Aufprall an einer schallerzeugenden Prallfläche vernebelt werden.
-
Es ist bekannt, zur Herstellung von innigen Mischungen aus Flüssigkeiten
und Gasen die Flüssigkeit zunächst mit dem unter Druck zugeführten Gas mit einer
Düse in einer Leitung zu zerstäuben und die Mischungskomponenten dann in einer Mischkammer
einer mehrmaligen Kavitationswirkung auszusetzen, um sie noch inniger zu mischen,
ehe das Gemisch zu einer vorgesehenen Verwendung durch eine Düse ausgeblasen wird.
Ferner ist es bekannt, bei der Herstellung von Mischungen aus Flüssigkeiten und
Gasen Zerstäuberpfeifen zu verwenden, in denen unter Einwirkung von Ultraschallwellen
eine Homogenisierung der in einem Gemisch suspendierten Flüssigkeitsteilchen erreicht
wird. Schließlich ist es bekannt, bei Brennem für flüssige oder staubförmige Brennstoffe
eine innige Durchmischung unter Feinzerstäubung des Brennstoffes an der Brennermündung
dadurch zu erreichen, daß das Brennstoff-Luft-Gemisch auf dem Weg zur Brennennündung
zunächst durch eine Mischkammer und dann durch hintereinanderliegende Düsenmündungen
gefördert oder an Prallflächen vorbeigeleitet wird, in deren Bereich die Gemischbildung
intensiviert werden soll.
-
Die Vorrichtung nach der Erfindung macht von diesen an sich bekannten
Maßnahmen in besonderer Weise Gebrauch, um mit einer einfach ausgebildeten, leicht
und mit geringen Kosten herstellbaren Leitvorrichtung, die auch ein leichtes Auseinandemehmen
und Reinigen der durchströmten Teile ermöglicht, auf einem kurzen Leitweg eine besonders
intensive Gemischbildung bei verhältnismäßig niedrigen Zuführungsdrücken der Mischungskomponenten
zu erhalten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine mit einem zentrischen
Dorn mit in Strömungsrichtung divergierenden und hintereinanderliegenden Kegelflächen
versehene Mischkammer in einem rohrförmigen Gehäuse vorgesehen ist, das in einem
erweiterten Austrittsabschnitt einen Leitkörper mit in Strömungsrichtung verjüngten
Durchlässen und einen nachgeschalteten, den Leitkörper verkleminenden Düsenkörper
aufnimmt, dessen konisch verengter Auslaß eine am Leitkörper zentrisch verspannte
Stange umschließt, die den Düsenauslaß frei tragend durchragt und einen dem Düsenauslaß
im Abstand nachgeschalteten, pilzförinigen Schallerzeuger mit einer dem Düsenauslaß
zugekehrten Ringschneide trägt.
-
Durch die Festlegung des Schallerzeugers an einem mit,der Austrittsdüse
an der Misch- und Kavitationskammer verklemmten Einsatz ergibt sich eine herstellungsmäßig
einfache Ausführung, bei der sich die Teile durch Losschrauben der Austrittsdüse
zwecks Prüfung des etwaigen Korrosionszustandes der Leit-und Prallflächen und zwecks
Reinigung oder Auswechslung leicht auseinandernehmen lassen, wobei zugleich auch
eine hohe Mischleistung erzielt wird, weil die Umsetzung von Druck in Strömungsgeschwindigkeit
in zwei Stufen erfolgt, nämlich zunächst in den sich in Strömungsrichtung verjüngenden
Durchlässen des zur Festlegung des Schallerzeugers dienenden Einsatzes und anschließend
in der die Teile zusammenhaltenden Austrittsdüse. Diese Abstufung ist für die Verhinderung
einer neuerlichen Zusammenballung der in der Kavitationskammer zerstäubten Flüssigkeitsteilchen
dienlich.
-
In bevorzugter Ausführung der Erfindung ist die an der Austrittsseite
des Leitkörpers befindliche Stange des Schallerzeugers mit dem in der Mischkammer
befindlichen Kegelflächendorn an dem als Träger für beide Teile dienenden Leitkörper
verspannnt. Hierdurch werden nicht nur zusätzliche Befestigungsmittel entbehrlich,
sondern diese Teile
lassen sich dann auch durch Lösen der Austrittsdüse
gemeinsam abnehmen, säubern und auf einwandfrei#en Zustand nachprüfen.
-
Damit sich die Vorrichtung bei unterschiedlichen Zuführungsdrücken
oder Eigenschaften der Mischungskomponenten leicht und einfach auf die bestmögliche
Zerstäubungsleistung einstellen läßt oder die letztere bei Bedarf verändert werden
kann, ist zweckmäßig der Schallerzeuger an der Tragstange oder die letztere am Leitkörper
zur Einstellung des Abstandes zwischen dem Düsenauslaß und der Ringschneide des
Schallerzeugers axial verstellbar befestigt.
-
Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung zwei Beispiele für
die Ausführung der als Zerstäuberpfeife arbeitenden Vorrichtung nach der Erfindung,
und zwar zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch die eine dieser Zerstäuberpfeifen,
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie X-X in
F i g. 1 und F i
g. 3 eine andere Zerstäuberpfeife im Längsschnitt.
-
Bei der Zerstäuberpfeife nach F i g. 1 und 2 ist im Einlaßende
eines zylindrischen Gehäuses 1 ein Einsatz 2 befestigt, der eine innere Axialbohrung
3 für den Durchlaß von Flüssigkeit und dar-um verteilt liegende, achsparallele
Gasdurchlässe 4 aufweist. Die Axialbohrung 3 für den Flüssigkeitsdurchlaß
weist am Ende einen Kranz von radialen, engen Querkanälen 5 auf, die gemäß
F i g. 2 auf die Gasdurchlässe 4 gerichtet sind. Der Einsatz 2 ist im Gehäuse
1
mit einem in das Gehäuse eingeschraubten Zuführungsrohr 6 verklemmt,
das mit Zuführungsleitungen für Flüssigkeit und Gas versehen ist.
-
In das Auslaßende des Gehäuses 1 ist ein Düsenkörper
7 eingeschraubt, der mit einer kegligen Innenfläche 8 in eine verengte
düsenförmige Auslaßöffnung 9 übergeht. Mittels des Düsenkörpers
7 ist im Gehäuse ein Leitkörper 10 mit mehreren axialen Durchlässen
11 verklemmt, die sich zum Auslaß hin verengen.
-
Zwischen dem Einsatz 2 und dem Leitkörper 10 ist ein Dorn
13 angeordnet, der mehrere hintereinanderliegende Kegelflächen aufweist,
die mit ihrer Basis dem Gehäuseauslaß zugekehrt sind und mit dem Basisrand Reißkanten
bilden, die die Wirbelbildung begünstigen. Der den Dorn 13 umgebende Raum
bildet eine ringförmige Mischkammer 14.
-
Eine im Leitkörper 10 sitzende Stange 15 ragt axial
durch den Düsenkörper 7 und trägt an ihrem Ende in vorherbestimmtem Abstand
vom Auslaß 9
des Düsenkörpers einen schallerzeugenden Kopf 16
von besonderer
Gestalt, der eine ringförinige Schneidkante 17 und eine konkave Stirnfläche
18 aufweist, die aber auch eine andere Gestalt haben kann. Derartige Stangen
mit einem als Schallerzeuger dienenden Kopf sind an sich bekannt. Im vorliegenden
Fall weist die Stange 15 aber eine solche Festigkeit und einen so kräftigen
Durchmesser auf, daß sie genau zentrisch in der Auslaßöffnung 9 des Düsenkörpers
7
bleibt, weil jede Verbiegung die Wirksamkeit der ganzen Vorrichtung erheblich
beeinträchtigen würde.
-
Zum Betrieb der Zerstäuberpfeife wird Flüssigkeit unter geringem Druck
durch die Bohrung 3 und die Radialkanäle 5 und Gas durch die Durchlässe
4 in die Mischkammer 14 eingeleitet. Dabei wird die Flüssigkeit aus den Radialkanälen
vom Gas angesaugt, das die Durchlässe 4 mit hoher Geschwindigkeit durchströmt. Zum
Beispiel können bei einer Vorrichtung zum Zerstäuben von Heizöl in Brennern die
Zuführungsdrücke für das Gas und die Flüssigkeit etwa 2,10 kg/CM2 bZW. 1,40 kg/cm2
betragen. Der Dorn 13 wirkt auf das Gemisch aus Flüssigkeit und Gas beim
Durchströmen der Mischkammer 14 im Sinne der Erzeugung von Wirbeln ein, die durch
Kavitationswirkung die Flüssigkeit in kleine Kügelchen zerteilen und ein indifferentes
oder vorläufiges Gemisch aus kleinsten Flüssigkeitsteilchen und Gas herstellen.
Die Pfeile in F i g. 1 deuten die Strömungsrichtung und die Wirbel an. Dieses
vorläufige Gemisch wird dann durch die düsenförmige Auslaßöffnung 9 gegen
die Schneidkante 17 geschleudert und in der sie umgebenden Schallzone durch
die Schallwellen hoher Intensität aerosolartig vernebelt.
-
Durch die ringförmige Schneidkante 17 und die besondere Gestalt
des benachbarten Teils der Stange 15 wird die Kavitation an der Hinterfläche
deg Schallerzeugers 16 in vorteilhafter Weise stark vermindert. Der schallerzeugende
Kopf 16 kann an der Stange 15 oder die Stange im Leitkörper
10 axial verstellbar angeordnet sein, damit der Abstand des Schallerzeugers
16 vom Düsenauslaß 9 nach Bedarf geändert werden kann. Die Querkanäle
5 können aus der radialen Richtung geneigt sein, damit die ausströmende Flüssigkeit
zur Erzielung einer zusätzlichen Wirbelbewegung eine tangentiale Strömungskomponente
erhält.
-
In der Ausführung nach F i g. 3, in der die den Teilen nach
F i g. 1 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind,
weist die Mischkammer 14 des Gehäuses 1 eine zentrische Einlaßöffnung
1A auf, die dem sich erweiternden Austrittsende 3A der Bohrung
3 des Einsatzes 2 gegenüberliegt, der hier mit einem Kopfstück
2A versehen ist. Zwischen diesem Kopfstück und dem Gehäuse befindet sich
ein Ringraum 21, der die Durchlässe 4 mit der Einlaßöffnung 1A verbindet.
Die wirbelerzeugenden Kegelflächen liegen hier mit dem vorderen Ende in Abstand
von der Einlaßöffnung IA der Mischkammer 14 und sind frei tragend nur am Leitkörper
10 befestigt, während die Stirnfläche 18A des Schallerzeugers
16 eine abweichende Gestalt aufweist, die jedoch, wie schon erwähnt, unterschiedlich
sein kann, um z. B, bei Brennern die Ablagerung von Verbrennungsrückständen auf
der Stirnfläche zu verhindern.
-
Bei dieser Ausbildung der Zerstäuberpfeife wird die Müssigkeit durch
die äußeren Durchlässe 4 und Gas, Luft oder Dampf durch die mittlere Bohrung3 des
Einsatzes 2 zugeführt. Die Flüssigkeit kommt dabei wirksam zersprüht in die Mischkammer
14, wo sie durch kräftige Verwirbelung in kleine Kügelchen zerteilt wird.
-
Nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren und mit den dargestellten
Zerstäubungspfeifen können aerosolartige Vernebelungen mit sehr innigen Mischungen
aus Flüssigkeit und Gas, Dampf oder Luft wirksam und rasch für unterschiedliche
Zwecke hergestellt werden, insbesondere Gemische von Heiz-öl oder anderen
flüssigen Brennstoffen und Luft zum Betrieb von Brennern. Bei dieser Verwendung
können das Gehäuse und die starre Leitstange mit dem Pfeifenkopf die Brennerdüse
bilden. Diese Verwendung ist besonders vorteilhaft, weil eine derartige Brennerdüse
eine rauhe Behandlung verträgt, ohne
der Gefahr zu unterliegen,
daß die für die Wirksamkeit der Zerstäuberpfeife wesentlichen Teile ihre genaue
Ausrichtung verlieren.
-
Im Unterschied zu bekannten Ölbrennem, die mit Zerstäubung arbeiten,
kann mit der Zerstäuberpfeife nach der Erfindung aus dem Heizöl eine Wolke oder
ein Nebel erzeugt werden, woraus sich bei geeigneter Zufuhr von Verbrennungsluft
oder Sauerstoff eine bessere Verbrennungsleistung ergibt.
-
Der Luftverbrauch ist wesentlich günstiger als bei den herkömmlichen
Zerstäuberbrennern. Durch Versuche wurde der Luftverbrauch mit 0,14 Lufteinheiten
je verbrauchter Heizöleinheit ermittelt, während der Luftverbrauch bei bisherigen
Zerstäuberbrennern etwa 0,25 Lufteinheiten pro Heizöleinheit beträgt.